«Физика - 10 класс»
Можно ли объяснить свойства вещества во всех его агрегатных состояниях строением вещества, движением и взаимодействием его частиц?
Силы взаимодействия молекул.
Молекулы взаимодействуют друг с другом. Без этого взаимодействия не было бы ни твёрдых, ни жидких тел.
Доказать существование значительных сил взаимодействия между атомами или молекулами несложно. Попробуйте-ка сломать толстую палку! А ведь она состоит из молекул. Но одни силы притяжения не могут обеспечить существования устойчивых образований из атомов и молекул. На очень малых расстояниях между молекулами обязательно действуют силы отталкивания . Благодаря этому молекулы не проникают друг в друга и куски вещества никогда не сжимаются до размеров порядка размеров одной молекулы.
Молекула - это сложная система, состоящая из отдельных заряженных частиц: электронов и атомных ядер.
В целом молекулы электрически нейтральны, тем не менее между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие электронов и атомных ядер соседних молекул.
Если молекулы находятся на расстояниях, превышающих их размеры в несколько раз, то силы взаимодействия практически не сказываются.
На расстояниях, превышающих 2-3 диаметра молекул, действуют силы притяжения. По мере уменьшения расстояния между молекулами сила их взаимного притяжения сначала увеличивается, но одновременно увеличивается и сила отталкивания. При определённом расстоянии r 0 сила притяжения становится равной силе отталкивания. Это расстояние считается равным диаметру молекулы.
При дальнейшем уменьшении расстояния электронные оболочки атомов начинают перекрываться и быстро увеличивается сила отталкивания. На рисунке 8.5 показаны графики зависимости потенциальной энергии взаимодействия молекул (рис. 8.5, а) и сил притяжения (1) и отталкивания (2) (рис. 8.5, б) от расстояния между молекулами. При r = r 0 потенциальная энергия минимальна, сила притяжения равна силе отталкивания. При r > r 0 сила притяжения больше силы отталкивания; при r < r 0 сила притяжения меньше силы отталкивания.
Молекулярно-кинетическая теория даёт возможность понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твёрдом состояниях.
Итак, между молекулами действуют силы притяжения и они участвуют в тепловом движении. Агрегатное состояние вещества определяется тем, какое из этих двух свойств молекул является главным.
Газы.
В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул. Например, при атмосферном давлении объём сосуда в десятки тысяч раз превышает объём находящихся в нём молекул.
Газы легко сжимаются, при этом уменьшается среднее расстояние между молекулами, но форма молекулы не изменяется.
Газы могут неограниченно расширяться. Они не сохраняют ни формы, ни объёма. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.
Молекулы газа с огромными скоростями - сотни метров в секунду - движутся в пространстве. Сталкиваясь, они отскакивают друг от друга в разные стороны подобно бильярдным шарам. Слабые силы притяжения молекул газа не способны удержать их друг возле друга.
В газах средняя кинетическая энергия теплового движения молекул больше средней потенциальной энергии их взаимодействия, поэтому часто потенциальной энергией взаимодействия молекул мы можем пренебречь.
Жидкости.
Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу поэтому молекула жидкости ведёт себя иначе, чем молекула газа.
В жидкостях существует так называемый ближний порядок , т. е. упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам.
Молекула колеблется около своего положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами. Лишь время от времени она совершает очередной «прыжок», попадая в новое положение равновесия.
В положении равновесия сила отталкивания равна силе притяжения, т. е. суммарная сила взаимодействия молекулы равна нулю.
Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установленный советским физиком Я. И. Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей. По образному выражению учёного: «...молекулы жидкости ведут кочевой образ жизни...» При этом время оседлой жизни молекулы воды, т. е. время её колебаний около одного определённого положения равновесия при комнатной температуре, равно в среднем 10 -11 с. Время же одного колебания значительно меньше (10 -12 - 10 -13 с). С повышением температуры время оседлой жизни молекул уменьшается.
Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга. При уменьшении объёма силы отталкивания становятся очень велики. Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей .
Жидкости: 1) малосжимаемы;
2) текучи т. е. не сохраняют своей формы.
Объяснить текучесть жидкостей можно так. Внешняя сила заметно не меняет числа перескоков молекул в секунду. Но перескоки молекул из одного оседлого положения в другое происходят преимущественно в направлении действия внешней силы. Вот почему жидкость течёт и принимает форму сосуда.
В жидкостях средняя кинетическая энергия теплового движения молекул сравнима со средней потенциальной энергией их взаимодействия. Наличие поверхностного натяжения доказывает, что силы взаимодействия молекул жидкостей существенны, и ими пренебрегать нельзя.
Твёрдые тела.
Атомы или молекулы твёрдых тел, в отличие от атомов и молекул жидкостей, колеблются около определённых положений равновесия. По этой причине твёрдые тела сохраняют не только объём, но и форму.
В твёрдых телах средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул много больше средней кинетической энергии их теплового движения.
Если соединить центры положений равновесия атомов или ионов твёрдого тела, то получится правильная пространственная решётка, называемая кристаллической .
На рисунках 8.6 и 8.7 изображены кристаллические решётки поваренной соли и алмаза. Внутренний порядок в расположении атомов кристаллов приводит к правильным внешним геометрическим формам.
1 слайд
2 слайд
3 слайд
Газы Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas) - агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром. Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма[и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).
4 слайд
Газообразное состояние - самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т. д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны - от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. К газам иногда] относят не только системы из атомов и молекул, но и системы из других частиц - фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму
5 слайд
Газы могут неограниченно расширяться. Они не сохраняют не формы ни объёма Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.
6 слайд
Жидкость Жидкость - одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.
7 слайд
Жидкость – это физическое тело, обладающее двумя свойствами: Обладает текучестью, благодаря которой она не имеет формы и принимает форму того сосуда, в котором она находится. Она мало изменяет форму и объем при изменении давления и температуры, в чем она сходна с твердым телом.
8 слайд
Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохраненные формы (внутренних частей жидкого тела). Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние - стекло), выше - в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления. Как правило, вещество в жидком состоянии имеет только одну модификацию. (Наиболее важные исключения - это квантовые жидкости и жидкие кристаллы.) Поэтому в большинстве случаев жидкость является не только агрегатным состоянием, но и термодинамической фазой (жидкая фаза). Все жидкости принято делить на чистые жидкости и смеси. Некоторые смеси жидкостей имеют большое значение для жизни: кровь, морская вода и др. Жидкости могут выполнять функцию растворителей.
9 слайд
Образование свободной поверхности и поверхностное натяжение Из-за сохранения объёма жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую - газообразная (пар), и, возможно, другие газы, например, воздух. Если жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества соприкасаются, возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь поверхности раздела - силы поверхностного натяжения. Поверхность раздела ведёт себя как упругая мембрана, которая стремится стянуться. Поверхностное натяжение может быть объяснено притяжением между молекулами жидкости. Каждая молекула притягивает другие молекулы, стремится «окружить» себя ими, а значит, уйти с поверхности. Соответственно, поверхность стремится уменьшиться. Поэтому мыльные пузыри и пузыри при кипении стремятся принять сферическую форму: при данном объёме минимальной поверхностью обладает шар. Если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, она обязательно примет сферическую форму - например, капли воды в невесомости. Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади поверхности.
10 слайд
Испарение - постепенный переход вещества из жидкости в газообразную фазу (пар). При тепловом движении некоторые молекулы покидают жидкость через её поверхность и переходят в пар. Вместе с тем, часть молекул переходит обратно из пара в жидкость. Если из жидкости уходит больше молекул, чем приходит, то имеет место испарение. Конденсация - обратный процесс, переход вещества из газообразного состояния в жидкое. При этом в жидкость переходит из пара больше молекул, чем в пар из жидкости. Кипение- процесс парообразования внутри жидкости. При достаточно высокой температуре давление пара становится выше давления внутри жидкости, и там начинают образовываться пузырьки пара, которые (в условиях земного притяжения) всплывают наверх. Смачивание - поверхностное явление, возникающее при контакте жидкости с твёрдой поверхностью в присутствии пара, то есть на границах раздела трёх фаз. Смешиваемость- способность жидкостей растворяться друг в друге. Пример смешиваемых жидкостей: вода и этиловый спирт, пример несмешиваемых: вода и жидкое масло. Переход жидкостей из одного состояния в другое
11 слайд
Твёрдые тела Твёрдое тело - это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.
Молекулярно-кинетическая теория дает возможность понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях.
Газ. В газах расстояние между атомами или молекулами в средем во много раз больше размеров самих молекул (рис. 10). Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки
тысяч раз превышает объем находящихся в сосуде молекул газа.
Газы легко сжимаются, так как при сжатии газа уменьшается лишь среднее расстояние между молекулами, но молекулы не «сдавливают» друг друга (рис. 11).
Молекулы с огромными скоростями - сотни метров в секунду - движутся в пространстве. Сталкиваясь, они отскакивают друг от друга в разные стороны подобно бильярдным шарам.
Слабые силы притяжения молекул газа не способны удержать их друг возле друга. Поэтому газы могут неограниченно расширяться. Они не сохраняют ни формы, ни объема.
Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.
Жидкости. В жидкостях молекулы расположены почти вплотную друг к другу (рис. 12). Поэтому молекула в жидкости ведет себя иначе, чем в газе. Зажатая, как в клетке, другими молекулами, она совершает «бег на месте» (колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами). Лишь время от времени она совершает «прыжок», прорываясь сквозь «прутья клетки», но тут же попадает в новую «клетку», образованную новыми соседями. Время «оседлой жизни» молекулы воды, т. е. время колебаний около одного определенного положения равновесия, при комнатной температуре равно в среднем с. Время же одного колебания значительно меньше ( с). С повышением температуры время «оседлой жизни» молекул уменьшается. Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установленный советским физиком Я. И. Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей.
Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга Поэтому при попытке изменить объем жидкости даже на малую величину начинается деформация самих молекул (рис. 13). А для этого нужны очень большие силы. Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей
Жидкости, как известно, текучи, т. е. не сохраняют своей формы. Объясняется это следующим. Если жидкость не течет, то перескоки молекул из одного «оседлого» положения в другое происходгт с одинаковой частотой по всем направлениям (рис. 12). Внешняя сила заметно не изменяет числа перескоков молекул в секунду, но перескоки молекул из одного «оседлого» положения в другое при этом происходят преимущественно в направлении действия внешней силы (рис. 14). Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда
Твердые тела. Атомы или молекулы твердых тел в отличие от жидкостей колеблются около определенных положений равновесия. Правда, иногда молекулы изменяют положение равновесия, но происходит это крайне редко. Вот почему твердые тела сохраняют не только объем, но и форму.
Есть еще одно важное различие между жидкостями и твердыми телами. Жидкость можно сравнить с толпой, отдельные члены которой беспокойно толкутся на месте, а твердое тело подобно стройной когорте, члены которой хотя и не стоят по стойке «смирно» (вследствие теплового движения), но выдерживают между собой в среднем определенные интервалы. Если соединить центры положений равновесия атомов или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической. На рисунках 15 и 16 изображены кристаллические решетки поваренной соли и алмаза. Внутренний порядок в расположении атомов кристаллов приводит к геометрически правильным внешним формам. На рисунке 17 показаны якутские алмазы.
Качественное объяснение основных свойств вещества на основе молекулярно-кинетической теории, как вы видели, не является особенно сложным. Однако теория, устанавливающая количественные соотношения между измеряемыми на опыте величинами (давлением, температурой и др.) и свойствами самих молекул, их числом и скоростью движения, весьма сложна. Мы ограничимся рассмотрением теории газов.
1. Приведите доказательства существования теплового движения молекул.
2. Почему броуновское движение заметно лишь у частиц малой массы?
3. Какова природа молекулярных сил? 4. Как силы взаимодействия между молекулами зависят от расстояния между ними? 5. Почему два свинцовых бруска с гладкими чистыми срезами слипаются, если их прижать друг к другу? 6. В чем состоит различие теплового движения молекул газов, жидкостей и твердых тел?
При определенных условиях вся материя на планете Земля присутствует в одном из трех состояний: в газообразном, в жидком или в твердом. Существует также четвертое состояние материи, которое называется плазма. Рассмотрим вопрос строения газообразных, жидких и твердых тел, а также переход их из одного состояния в другое при изменении внешних условий.
Твердое состояние материи
Твердые тела характеризуются способностью оказывать сопротивление внешним силам, которые на них воздействуют с целью изменения их формы и объема. Рассматривая вопрос о строении газообразных, жидких и твердых тел и останавливаясь на последних, нужно сказать, что молекулы в них прочно соединены друг с другом. Поэтому объект обладает конкретной формой, которую он сохраняет при неизменных внешних условиях.
Молекулы в твердом теле могут находиться в упорядоченном состоянии, тогда говорят о кристаллической структуре. Либо могут находиться в неупорядоченном состоянии, тогда речь идет об аморфных твердых телах. Ярким примером кристаллической решетки является структура металлических систем, которая в пространстве образует идеальную решетку конкретного типа, в узлах которой находятся ионы атомов. Примером твердого объекта с аморфной структурой является стекло.
Науки о твердой материи
Твердые тела изучает несколько наук, к которым относятся следующие:
- Физика конденсированного вещества. Она изучает твердую и жидкую материю, размеры которой превышают 10 19 частиц, используя при этом экспериментальные и теоретические методы.
- Механика деформаций. Эта наука изучает механические свойства твердых тел, такие как напряжения в них, деформации упругие и пластические, а также связь этих свойств с термодинамическими внешними параметрами. При этом дисциплине неважно строение самого твердого вещества.
- Наука о материалах. Она изучает уже строение молекул твердых, жидких и газообразных тел, а также фазовые переходы между этими состояниями.
- Химия твердого состояния. Эта дисциплина специализируется на синтезе новых материалов в твердом состоянии.
Некоторые свойства твердых тел
При постоянном давлении и относительно низких температурах вещество находится в твердом состоянии. Воздействие небольшой внешней силы на твердое состояние не приводит к внешне различимой деформации твердого тела.
Если увеличивать силу, то тело начнет упруго деформироваться. При еще большем увеличении внешнего воздействия возможны два варианта:
- Если тело представляет собою металл, то оно начнет испытывать пластическую деформацию, то есть в его форме произойдут существенные изменения, которые останутся после прекращения внешнего воздействия.
- Если тело имеет аморфную структуру, либо кристаллическую структуру, но в узлах решетки будут находиться ионы разных знаков, например, кристалл поваренной соли NaCl, то тело не будет пластически деформироваться, а просто разрушится.
Каждое твердое тело характеризуется определенной плотностью. Самым легким веществом этой категории является аэрогель, его плотность составляет 3 кг/м 3 . Самым же плотным твердым материалом, известным человечеству, является металл - осмий. Один метр кубический осмия обладает массой 22 600 кг.
Металлические материалы
Особой группой твердых тел являются чистые металлы и их сплавы. Отличие в этом случае в строении твердых тел от газообразных и жидких состояний вещества заключается в существовании пространственной периодической решетки, которая называется кристаллической решеткой.
Благодаря кристаллической структуре металлы обладают рядом важнейших свойств, например, пластичностью и дифракцией. Практически все они существуют в трех основных кристаллических решетках:
- гранецентрированная кубическая, например, Au, Ag, Al, Cu;
- объемно-центрированная кубическая, например, Nb, Mo, W, Fe;
- гексагональная плотно упакованная, например, Ti, Zr.
Для изучения особенностей кристаллических решеток разработана наука кристаллография.
Конденсированное состояние вещества - жидкость
Жидкое состояние так же, как и твердое является несжимаемым, то есть сохраняет свой объем в значительном диапазоне давлений. Однако жидкость не сохраняет своей формы, что ее отличает от твердого тела и сближает с газообразным состоянием вещества.
Если в образовании твердых тел действуют молекулярные и атомные силы, то жидкость образована молекулами, которые соединены друг с другом только молекулярными слабыми силами. Самой распространенной на Земле является вода, которая, как и газ, может принимать форму сосуда, в который она помещена.
Если говорить о строении газообразных, жидких и твердых тел, то следует упомянуть, что жидкость, в отличие от газа, не изменяет свою плотность, когда ее помещают в какой-либо закрытый сосуд.
Особенности, присущие только жидкостям
Для каждой жидкости, благодаря наличию в ней молекулярных сил, присущи такие свойства, как поверхностное натяжение и капиллярный эффект. Если вещество находится в поле тяжести, например, нашей Земли, то любое помещенное в нее тело будет выталкиваться из жидкости согласно знаменитому закону Архимеда.
Если же на жидкость не действует гравитация, то выталкивающая сила будет равна нулю. Кроме того, в отсутствии внешних сил веществ в таком состоянии стремится приобрести наименьшую площадь поверхности, уменьшая тем самым полную энергию. Именно поэтому в условиях невесомости капли воды имеют сферическую форму, так как шар является фигурой с наименьшей площадью поверхности для этого объема жидкости.
Капиллярные свойства объясняются способностью молекул вступать в связи не только друг с другом, но и с атомами и молекулами других тел. Эти физические характеристики жидкости называются когезия и адгезия, соответственно.
Говоря кратко о строении газообразных, жидких и твердых тел, следует упомянуть свойство вязкости, которое присуще жидкому и газообразному состоянию. Под вязкостью понимается способность сопротивляться какому-либо смещению слоев вещества относительно друг друга при наличии градиента давления. Для жидкостей этот показатель зависит от скорости смещения этих слоев, температуры и молекулярной массы. Чем выше скорость движения тела в жидкости, чем больше молекулярная масса частиц жидкости, и чем ниже температура, тем больше вязкость.
Строение газов
Газом называется такое состояние материи, когда составляющие ее частицы не связаны какими-либо силами друг с другом либо эти силы очень слабы. Поэтому такие вещества свободно изменяют объем и форму, заполняя весь сосуд, в который их помещают. Это различие в строении газообразных тел от жидких и твердых приводит к тому, что они имеют меньшую плотность. В случае газообразного состояния воды принято вести речь о паре.
В реальных газах не существует абсолютного беспорядка. Однако молекулы в нем движутся настолько быстро, что они практически не взаимодействуют между собой. Поэтому газ заполняет абсолютно любой объем, и молекулы в нем будут разделены относительно большими расстояниями в сравнении с размерами самих молекул. Из-за большой дистанции между молекулами газы легко сжимаются, увеличивая при этом свою плотность и внутреннее давление.
Идеальный газ
В физике благодаря созданию моделей строения твердых, жидких и газообразных тел возникают некоторые разумные упрощения реальных состояний материи, которые позволяют использовать более простой математический аппарат для изучения этих состояний. Одной из таких моделей стала концепция идеального газа.
Под этим термином понимается газообразное состояние вещества, в котором молекулы имеют точечные размеры в сравнении с расстояниями между ними, и в котором они не взаимодействуют между собой.
При нормальных условиях, то есть при атмосферном давлении и комнатной температуре, большинство реальных газов могут рассматриваться, как идеальные. Например, азот, кислород, водород, благородные газы, углекислый газ и другие.
Уравнение состояния для идеального газа выглядит следующим образом:
P * V = n * R * T, где:
P, V, T и n - давление, объем, температура и количество вещества газа, соответственно,
R = 8,31 Дж/(моль*К) - универсальная постоянная.
Плазма - четвертое состояние вещества
При рассмотрении строения газообразных, жидких и твердых тел в 10 классе также уделяют внимание еще одному состоянию материи - плазме, которая представляет собой газ, состоящий из катионов и анионов, то есть из положительно и отрицательно заряженных частиц. Ярким примером плазмы является вещество, из которого состоит наше солнце.
По ряду свойств плазма похожа на газ, отличие заключается лишь в том, что она способна реагировать на магнитные поля, а также проводить электрический ток. Получить плазму можно разогревая до высоких температур газ, так как при этом индуцируются столкновения между молекулами, что приводит к их частичной или полной ионизации.
Изменение состояния вещества
В физике 10 класса строение газообразных, твердых и жидких тел рассматривается вместе с переходами между этими состояниями. Переходы между состояниями веществ возможны за счет изменения давления и температуры. Изменения происходят только в физическом строении газообразных, жидких и твердых телах, а их химический состав остается постоянным.
Возможны следующие переходы между различными состояниями материи:
- Плавление. Эндотермический процесс перехода из твердого состояния в жидкое.
- Кристаллизация. Экзотермический процесс, при котором жидкость становится твердым телом во время ее охлаждения.
- Кипение. Физический эндотермический процесс, при котором жидкость переходит в газ.
- Конденсация. Экзотермический переход газа в жидкость.
- Сублимация или возгонка. Эндотермический переход из твердого тела в газ, минуя жидкое состояние. Классическим примером является возгонка сухого льда.
Следует отметить, что все эндотермические и экзотермические процессы фазовых переходов идут с постоянной температурой вещества. Все эти процессы, существование которых обусловлено особенностями строения газообразных, жидких и твердых тел, являются энергетическими, то есть требуют либо подвод, либо отвод энергии во время их реализации.
Газы. В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул. Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в нем молекул.
Газы легко сжимаются, при этом уменьшается среднее расстояние между молекулами, но молекулы не сдавливают друг друга.
Молекулы с огромными скоростями - сотни метров в секунду -движутся в пространстве. Сталкиваясь, они отскакивают друг от друга в разные стороны подобно бильярдным шарам. Слабые силы притяжения молекул газа не способны удержать их друг возле друга. Поэтому газы могут неограниченно расширяться. Они не сохраняют ни формы, ни объема. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.
Жидкости. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу, поэтому молекула жидкости ведет себя иначе, чем молекула газа. В жидкостях существует так называемый ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам. Молекула колеблется около своего положения, сталкиваясь с соседними молекулами. Лишь время от времени она совершает очередной «прыжок», попадая в новое положение равновесия. В этом положении равновесия сила отталкивания равна силе притяжения, т.е. суммарная сила взаимодействия молекулы равна нулю. Время оседлой жизни молекулы воды, т. е. время ее колебаний около одного определенного положения равновесия при комнатной температуре, равно в среднем 10-11 с. Время же одного колебания значительно меньше (10-12-10-13 с). С повышением температуры время оседлой жизни молекул уменьшается. Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установленный советским физиком Я.И. Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей. Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга. При уменьшении объема силы отталкивания становятся очень велики. Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей. Как известно, жидкости текучи, т. е. не сохраняют своей формы. Объяснить это можно так. Внешняя сила заметно не меняет числа перескоков молекул в секунду. Но перескоки молекул из одного оседлого положения в другое происходят преимущественно в направлении действия внешней силы (рис.8.8). Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда.
Твердые тела.
Атомы или молекулы твёрдых тел колеблются около определённых положений равновесия, поэтому твёрдые тела сохраняют не только объём,но и форму
Если соединить центр равновесия атомов или ионов твёрдого тела, то получится правильная пространственная решётка, называемая кристалической
Кристаллические тела.
Кристаллы - это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённое, порядочное положение в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы.
Анизотропия кристаллов.
Правильная внешняя форма не единственное и даже не самое главное следствие упорядоченного строения кристалла. Главное- это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки, но разорвать его в направлении, перпендикулярном пластинкам, гораздо труднее. Многие кристаллы по-разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так, кристалл кварца по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией. Все кристаллические тела анизотропны.
Монокристаллы и поликристаллы.
Кристаллическую структуру имеют металлы. Если взять большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическое строении никак не проявляется ни во внешнем виде куска, ни в его физических свойствах
Обычно металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом маленьких кристалликов. Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению к друг другу беспорядочно. В результате в объеме, значительно превышающем объем отдельных кристалликов, все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.
Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называют монокристаллами.
